Som neurolog, Robert Knight har sett vad som händer när hjärnan kraschar runt våldsamt inne i skallen. Och han är medveten om de ofta tragiska konsekvenserna.

Under sina 40 år som akademisk forskare och läkare, University of California, Berkeley, professor i psykologi och neurovetenskap har känt studenter och vänner vars liv och karriär spårades ur av huvudskador från cykel- och bilolyckor. Han hålls i sina händer hjärnor förstörda av oavsiktliga slag mot huvudet.

Inte överraskande, han ryser sig när han föreställer sig sina unga barnbarn som ramlar av en cykel och slår deras huvuden.

Så, Knight uppfann en bättre hjälm – en med effektivare stoppning för att dämpa effekterna av en direktträff, men ännu viktigare, ett innovativt yttre skal som roterar för att absorbera vridkrafter som dagens hjälmar inte skyddar mot.

Hans design är tillräckligt flexibel för att ge skydd åt fotbolls- och hockeyspelare – som får de svåraste och vanligaste slagna mot huvudet – såväl som polisen, soldater, snowboardåkare och alla som bär hjälm eller hjälm. Och ja, cyklister, för.

De flesta tror att hjärnskakning - ett blåmärke i hjärnan - är den farligaste typen av trauma, men en vridrörelse är lika dålig, eftersom det kan riva hjärnfibrer. Medan biffiga linjemän utvecklar starka halsar som tål en begränsad mängd vridmoment, barn och ungdomar – inklusive de flesta gymnasiespelare i fotboll – gör det inte.

"En direkt linjär påverkan på huvudet är verkligen inte bra, men dessutom det finns rotationskrafter som vrider hjärnan. Det är som i boxning, där en rundhusstans kommer in, huvudet vänder sig, och de är ute, " sa Knight. "Det beror på att hjärnan helt enkelt inte är designad för att rotera; du slutar med skador på viktiga anslutningsfibrer i hjärnan."

BrainGuard

För åtta år sedan, han grundade ett företag, BrainGuard, att utveckla den nya hjälmdesignen och attrahera intresse från stora hjälmtillverkare. Än så länge, han och hans team på fyra personer har producerat prototypfotboll, hockey, baseboll, cykel, motorcykel, sporthjälmar och snösporthjälmar.

"Eftersom jag är neurolog, Jag skulle vilja se något där ute som förbättrar livskvaliteten för människor genom att minska traumatisk hjärnskada och dess resulterande effekter på hjärnan och känslomässiga och kognitiva och beteendemässiga funktioner, sade riddaren, tidigare chef för UC Berkeleys Helen Wills Neuroscience Institute. "Det är mitt hopp."

UC Berkeleys chef för fotbollsutrustning, Tim Feaster, provade hjälmen första gången för ett år sedan, när han var assisterande utrustningschef på Oakland Raiders, och sedan hjälpte Knight att få det i huvudet på ett par Cal-spelare, vem gillade det, sa Feaster.

"Jag tycker att tekniken är otroligt fascinerande, " han sa, och tillägger att han "absolut" skulle erbjuda fotbollshjälmen till sitt lag när den är certifierad. "Jag har aldrig sett något liknande:ett yttre skal som rör sig över det inre skalet var spännande för mig. Det var så uppfinningsrikt, det var vettigt hur det rörde sig. Jag trodde att de faktiskt kunde ha något här."

Feaster medgav att en spelares val av hjälm – för närvarande kan fotbollsspelare från Cal välja från mer än 15 stilar från fyra tillverkare – ofta handlar mer om estetik än säkerhet. Och hjärnskakning är huvudproblemet.

"Men jag är allt för att få killar att åtminstone prova det, om jag tror på det, " sa han. "Vad som helst som en ny teknik åtminstone kan begränsa skadan, Jag är allt för det."

TBI, världens ledande dödsorsak och handikapp

Knight citerar häpnadsväckande siffror om omfattningen av traumatisk hjärnskada (TBI) i USA. Centers for Disease Control and Prevention spårade 2,9 miljoner amerikaner som drabbades av TBI 2014, främst från fall och motorfordonskrockar. Medan de flesta skadorna var lindriga hjärnskakningar, totalt inkluderade 288, 000 sjukhusinläggningar och 57, 000 dödsfall. Världshälsoorganisationen uppskattar att TBI kommer att vara den främsta orsaken till dödsfall och funktionshinder i världen i år.

Än, dessa siffror står inte för många sportrelaterade hjärnskakningar som inte resulterar i ett akutbesök utan tvingar en spelare att sitta ute resten av spelet. Brain Injury Research Institute uppskattar att det fanns 135, 000 sportrelaterade hjärnskakningar hos individer i åldrarna 5 till 18 år mellan 2001 och 2005. Medan hjärnskakningssymptom—huvudvärk, illamående, Trötthet, förvirring eller minnesproblem, sömnstörningar och humörförändringar - försvinner vanligtvis, den kumulativa effekten av upprepade milda hjärnskakning kan vara allvarlig.

"De flesta tror att insidan av skallen är en fin slät behållare, som ett äggskal, håller den dyrbara hjärnan, " sa han. "Det är inte sant. Insidan av skallen är fylld med alla typer av beniga åsar som kan vara ganska destruktiva, ungefär som om jag slog dig i armen, och du får ett blåmärke. Men om du får blåmärken i hjärnan, blodet startar en kaskad av reaktioner som faktiskt dödar hjärnceller."

När blåmärken inträffar igen och igen, även utan hjärnskakning, en person kan få kronisk traumatisk encefalopati (CTE), ett tillstånd som har väckt kontroverser under det senaste decenniet och var föremål för filmen Concussion från 2015 med Will Smith i huvudrollen.

Speciellt inom fotbollslinjemän, CTE har lett till en epidemi av tidig demens, humörförändringar och till och med självmord bland pensionerade professionella spelare. I en studie av 202 före detta fotbollsspelare vars hjärnor donerades efter döden, 3 av 14, eller 21 % av dem som bara hade spelat i gymnasiet, visade bevis på CTE. Av dem som spelade fotboll på college, 48 av 53, eller 91 %, hade CTE. Av NFL-spelare (National Football League), 110 av 111 hade CTE.

"Det är den stora gorillan i rummet för NFL och NHL (National Hockey League), " sa Knight.

Än, medan kontusion och blodproppar i hjärnan är ett stort problem, lika skadliga är de tårar som uppstår när hjärnfibrer vrids och vrids.

"Hjärnan fungerar genom att en cell skickar sin anslutningsfiber genom ett axon för att signalera en annan cell, " sa han. "När du får dessa komplexa vridnings- och rotationskrafter, du får kompression, spänning och klippning, och du kan faktiskt mekaniskt skada och riva dina anslutningsfibrer.

De bästa hjälmarna idag, inklusive de som används av NFL, inkluderar stoppning som gör ett anständigt jobb som absorberar energi från en direkt huvudkollision och förhindrar träffens fulla kraft från att nå hjärnan. Men de tar inte hänsyn till träffar som knäpper och roterar huvudet. Det yttre skalet på Knights fotbollshjälm kan rotera ungefär en tum i förhållande till det inre skalet, som är fastspänd på huvudet; detta absorberar det farliga vridmomentet som kan orsaka permanent hjärnskada. Mer sfäriska hjälmar, som de för cyklar och snowboardåkare, kan rotera ungefär en och en halv tum, absorberar ännu mer rotationsenergi, han sa.

För att tillåta denna hjälm rotation, Knight placerar kompakta plaststag mellan det inre och yttre skalet. Strävorna tillåter det yttre skalet att glida i förhållande till det inre skalet som är fastspänt på huvudet - i huvudsak en roterande stötdämpare.

Eftermontering av dagens hjälmar

Knight and BrainGuard CTO Ram Gurumoorthy, som har en Berkeley Ph.D. inom teknik, säg att deras design inte tillför någon extra vikt eller tjocklek till en fotbollshjälm, och att många hjälmmodeller idag skulle kunna eftermonteras genom att lägga till det nya yttre skalet och fjäderbenen. Designen, som även innehåller en tändare, kolfiber ansiktsmask, kan anpassas till vilken sport eller rekreation som helst:klättring, terräng- och terrängsporter, såväl som baseboll, lacrosse, rugby och vattenpolo, en av de farligaste sporterna för hjärnskakning. Samma inre skal med ett utbytbart yttre skal fungerar även för industrihjälmar och för brandman- och militärhjälmar.

"Det fina med hjälmen är att det är en modulär plattform, vilket betyder att inälvorna - insidan fäst vid huvudet - förblir densamma eller ganska lika, och det yttre skalet kan bara förändras, beroende på sport, " sa Knight.

BrainGuards fotbollshjälm klarade certifieringen av National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment i november, vilket nu innebär att Knights företag kan erbjuda det till gymnasiet, college och professionella team när ett tillverkningssystem har satts upp. Det sätter upp en liten tillverkningslinje för att producera cirka 1, 000 fotbollshjälmar – tillräckligt för att testa designen med några gymnasie- och collegelag – och letar efter investerarpengar för att betala för formsprutor och tillverkningslinjer för cykel, motorcykel- och snösporthjälmar.

"Jag vill betona att fotbollshjälmarna på marknaden idag är effektiva. Det vi försöker göra är att göra dem mer effektiva, " sa Knight.

I deras företags garage i en industripark i Point Richmond, Kalifornien, Knight och Gurumoorthy har byggt en toppmodern hjälmtestmaskin för att jämföra BrainGuard med kommersiella hjälmar. Knight säger att den nya designen är 25 till 50 procent bättre än någon annan på marknaden, vad gäller dämpning av rotationskrafter. Deras design är särskilt effektiv för frontalträffar som bidrar till CTE, som börjar i pannloben, sa Knight.

"Vår hjälm kan minska rotationskraften med upp till en halv, men du eliminerar det inte. Detta är inget universalmedel; vi minskar påverkan av slag mot huvudet, " han sa.

Ett effektivare sätt att minska traumatiska huvudskador skulle vara att förbjuda tacklingsfotboll för barn under 13 år – många spelar i Pop Warner Little Scholars Inc.-ligorna – och att förändra hur äldre spelare använder sina huvuden under träning och lek. Om inte kontaktsporter är förbjudna, vilket är osannolikt, en bättre hjälm kommer åtminstone att minska antalet hjärnskakning, skadan från upprepade hjärnskakningar och chanserna att utveckla CTE.

Knights största rädsla är att bättre hjälmar skulle uppmuntra till mer våldsamt och farligt beteende.

"Jag är mest orolig att om du sätter ut en bättre kraftreducerande hjälm, människor kommer inte att uppmärksamma andra saker de borde göra för att minska kraften till deras huvuden, som att minska eller eliminera hjälm-till-hjälm-kontakt, "sa han." Min dröm är att en dag, mitt 8-åriga barnbarn kommer att bära en cykelhjälm som är väldesignad, så den ena gången hon ramlade av sin cykel, hon kommer att få en dramatisk minskning av chansen att hon får en allvarlig hjärnskada. "